瑞士研制出強度超過鐵的納米紙張
北京時間6月11日消息，據英國《新科學家》雜志報道，瑞士科學家研制成功一種比鑄鐵還要硬許多的新型紙張，以后要捅破一個紙袋沒那么容易了。瑞士斯德哥爾摩瑞士皇家理工學院的拉斯·伯格倫德表示，人們可以利用這種新型紙加固傳統紙張，生產超強粘帶或制造生物組織的合成代替品。
雖然伯格倫德的這種“納米紙”韌性很強，也很硬，但它是利用在傳統紙張中發現的生物材料——纖維素制成的。這種長長的糖分子是植物細胞壁的一種最主要成分，也是地球上最普遍的有機化合物。木材一般是由大約一半纖維素和其他結構化合物混合而成。
在植物細胞壁中，單個纖維素分子彼此固定在一起，形成直徑大約是20納米的纖維，這種纖維比人類發絲細5000倍。這些纖維形成強韌的網，為細胞壁提供支撐結構。伯格倫德說：“纖維素納米纖維是所有植物結構的主要支撐物，它的特點是，大小以納米計算，具有高強度和強大韌性。”
纖維素是從造紙的木材里提取出來的，是玻璃紙的主要成分，最近人們又將它應用到科學家研發的新奇的塑膠材料中。但是他們僅把它作為一種廉價的填充材料，并不理睬它的機械性能。然而，造紙木材被施加的機械過程和這個過程對紙張中的單個纖維素纖維造成的損壞，都大大降低了紙張的韌性。因此伯格倫德和同事們研發了一種能保護纖維的韌性的更加溫和的加工過程。
這種新方法包括，利用酶分解木質紙漿，然后借助一個機械攪拌器將它分段。產生的切變應力導致纖維素分解成組成纖維。結果是，未受損的纖維素纖維浮在水中。將水排干后，伯格倫德發現，這些纖維通過氫鍵結合在一起構成網狀，形成平滑的“納米紙”。機械測試顯示，這種紙具有214兆帕的抗張強度，比鑄鐵（130兆帕）還強韌，幾乎跟建筑所用鋼鐵（250兆帕）的強度一樣。常規紙張的抗張強度不超過1兆帕。該測試使用的紙張是40毫米長，5毫米寬，大約50微米厚。
納米紙具有上述性能的秘密是，它不僅具有未受損的纖維素纖維的強度，而且還包括纖維素纖維形成網狀的方式。雖然這些纖維素纖維牢牢地固定在一起，但是它們仍能滑動和避開對方，以消除張力和壓力。單個纖維素纖維比常規紙張中的更小。伯格倫德說：“常規紙張網有直徑為30微米的纖維，這種新紙張中的纖維直徑是常規紙張的3倍。與常規紙張網相比，這種紙擁有的缺點很少。”英國曼徹斯特大學的聚合體科學家斯蒂芬·埃克霍恩說：“這項‘成就’非常明顯地顯示出纖維素納米纖維為強化物提供基本成分的潛能。”
